MTBE El objetivo es producir un mejorador octanico de optima calidad a partir de la combinación de isobutileno (bajo valor comercial) y alcohol metílico (metanol).
Ventajas de la utilizacion de MTBE Reemplazo del tetraetilo de plomo como antidetonante. Aporta oxigeno al combustible, asegurando una combustión completa. C.a.a. exige un mínimo desde 2.0 a 2,7 % en peso de oxigeno. No aporta contaminantes y permite reducir la participación de los aromáticos. Existen otros compuestos oxigenados como: ETBE, TAME, TAEE.
Carga a la unidad La unidad utiliza como carga corrientes de butanos de las unidades de cracking catalítico. El proceso es altamente selectivo hacia el isobutileno contenido en dichas corrientes. La unidad también usa como carga alcohol metílico (metanol) el cual se se combina con el isobutileno. El diseño contempla una especificacion de isobutileno en la carga de 16% a 26%. Esta limitado el contenido de agua y compuestos básicos (NAOH, DEA, acetonitrilo) ya que son venenos del catalizador.
Reacciones químicas
La reacción principal en el proceso de MTBE es la combinación en fase liquida del isobutileno y el metanol usando como catalizador una resina de intercambio cationico fuertemente ácida. La reacción es exotérmica y finaliza con una alta conversión (>97%) hacia
MTBE.
Dicha reacción es altamente selectiva sobre el isobutileno de la corriente de butanos el cual se combina en fase liquida con metanol.
Reacción principal
Reacciones secundarias Además de esta reacción, pueden ocurrir distintas reacciones secundarias indeseables por falencia de reactivos limitantes o por excesivas concentraciones de agua o metanol durante la reacción, que inciden sobre la calidad del MTBE o afectan la vida útil del catalizador. Por presencia de agua
Por sobre exceso de metanol
Por exceso de isobutileno
Catalizador Resina sintética de intercambio catiónico fuertemente ácida y de arquitectura esferoidal. Esta compuesto por largas cadenas de poliestireno unidas por medio de encadenamiento con divinilbenceno en forma tridimensional. La resina es de intercambio catiónico con ácido sulfónico en forma de protón. La reacción tiene lugar primariamente en los sitios ácidos fácilmente accesible localizados en la superficie interna de la estructura macroporosa de la resina.
Cinética de la reacción La reacción de formación de MTBE es exotérmica y produce 10.2 kcal/mol de MTBE. La función del catalizador es acelerar la velocidad de la reacción, sin afectar el equilibrio químico. Esto permite que reacciones cinéticamente lentas pueden ocurrir con la sola presencia del catalizador. Actividad Disminuye rápidamente por encima de los 90 °C Decrece con la formación de polímeros Degradación térmica a partir de los 120 °C Venenos Compuestos básicos (NAOH, DEA, acetonitrilo) Metales (Ni, FE, etc.) Generales Se compacta en presencia de compuestos no-polares (C4) Altamente selectivo al iso-butileno. Siempre se utiliza un exceso de metanol sobre C4.
Variables operativas Temperatura de reacción La temperatura de reacción barre un rango entre 40°C (entrada reactor) y 76°C (salida reactor), con un delta de reacción de 30°C a 40°C. Velocidad espacial en peso (WHSV)
Esta definida como el cociente entre el la carga al reactor (kg/hora) sobre el volumen de catalizador por su densidad en fase acuosa. El valor de diseño es de 1.5 1/s. Relación molar metanol / isobutileno La reacción metanol e isobutileno es esencialmente 100 % selectiva hacia MTBE a relaciones cercanas a 1.1. La selectividad cae abruptamente a relaciones molares menores por los que opera con un leve exceso de metanol sobre isobutileno. Relación reciclo / carga Regula la concentración de isobutileno (15.5%) en la entrada del primer reactor. Presión en la separadora de butanos : 6 kg/cm2 Selectividad a la reacción de MTBE según la relación metanol / isobutileno
PROPIEDADES
FLOW SHEET DE MTBE
MTBE
El éter metil tert-butílico, metil tert-butil éte r, metil terc-butil éter o,por sus siglas, MTBE, es un líquido inflamable de olor característico desagradable. Se fabrica combinando sustancias químicas como isobutileno y metanol, y se ha usado desde los años 1980 como aditivo para incrementar el octanaje de la gasolina sin plomo. El MTBE se usa también para disolver cálculos biliares. En estos pacientes, el MTBE se hace llegar directamente a los cálculos a través de tubos especiales insertados por medio de cirugía. [editar]Características
Nombre (IUPAC) sistemático: t-butil-metil-éter General Fórmula molecular C5H12O Identificadores Número CAS 1634-04-4 Propiedades físicas Estado de agregación: liquido Apariencia: incoloro Densidad: 0,74g/cm3 Masa: 88,15 u Punto de fusión: 164,6 K (-108,6 °C) Punto de ebullición: 328,5 K (55,3 °C) Propiedades químicas Solubilidad en agua ~ 26 g/l (10 °C) (42 g/l a 20 °C) Peligrosidad Punto de inflamabilidad: 245 (-28 °C) (c.c.) Límite de explosión: 1,65 - 8,4 Vol% Temperatura de autoignición: 733 (460 °C) Riesgos
Valores en el SI y en condiciones normales (25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. MTBE, un aditivo de la gasolina, estuvo en el centro de la polémica en torno al poyecto de reforma energética en Estados Unidos. Grupos opositores condicionaron la aprobación del paquete a la derogación de un artículo que apoyaba a los productores de MTBE, de demandas judiciales por contaminación. En esta sección te explicamos qué es el controvertido MTBE.
El MTBE, un aditivo de la gasolina, estuvo en el centro de la polémica en torno al poyecto de reforma energética en Estados Unidos. Grupos opositores condicionaron la aprobación del paquete a la derogación de un artículo que apoyaba a los productores de MTBE, de demandas judiciales por contaminación. En esta sección te explicamos qué es el controvertido MTBE.
1. ¿Qué es el MTBE? - El Eter Metil Terbutílico (MTBE por sus siglas en inglés) es una sustancia química usada en la gasolina como aditivo oxigenado.
2. ¿Cuál es la finalidad de agregar MTBE a la gasolina? - El objetivo es promover una combustión completa y reducir el nivel de em isiones de monóxido de carbono de los automóviles.
3. ¿Desde cuándo se usa? - El MTBE ha sido usado en la gasolina en Estados Unidos desde los años sete nta como reemplazo del plomo, principalmente para aumentar el octanaje o la resistencia de la gasolina a inflamarse o detonar antes del momento de máxima compresión. Desde 1992, se utiliza en varios estados para cumplir con el Acta Federal de Aire Limpio, que r equiere que aditivos oxigenados sean añadidos a la gasolina en áreas con altos niveles de monóxido de carbono.
4. ¿Cuáles son los impactos ambientales del uso de MTBE? - Existe un impacto en el ambiente si se derrama o filtra en el suelo. El MTBE e s altamente soluble en agua y por tanto difícil de recuperar o controlar una vez que ha entrado en contacto con la
misma. Se ha encontrado que al ser almacenado en tanques subterráneos, el MTBE puede filtrarse por meses o años alcanzando las fuentes de agua desde donde llega a centros de distribución para el consumo humano.
5. ¿Ocasiona el MTBE impactos negativos en la salud? - Si bien no se ha comprobado que el agua contaminada con MTBE ocasione daños a la salud, la estadounidense Agencia de Protección Ambiental lo ha incluido en su Lista de Contaminantes de Agua Potable. Adicionalmente ha determinado que es potencialmente cancerígeno con base en estudios experimentales con ratones expuestos a grandes dosis del químico. El agua potable que contiene MTBE, aún a bajos niveles, adquiere un sabor y olor desagradables, similares a los de la trementina, que la tornan inservible.
6. ¿Ha sido prohibido el uso de MTBE? - Sí, veintisiete estados de Estados Unidos han iniciado trámites para la prohibición o disminución del uso de MTBE en la gasolina.
7. ¿Existen alternativas al uso de MTBE como aditivo? - Sí, el etanol derivado del maíz que se combina con gasolina. Sin embargo hay estudios que afirman que el cambio de MTBE a etanol puede ser más costoso, menos eficiente y más dañino al ambiente por la cantidad de subsidios y pesticidas que demanda la producción del maíz.
BOMBAS Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en e nergía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática.
BOMBA CENTRÍFUGA Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura 2 se muestra una bomba centrífuga.
FUNCIONAMIENTO El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.
Figura 3. Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga
PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA: Carcasa. Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el
impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área. Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos. Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba. Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor. Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba. Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella. CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN.
Elevación de succión. Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).
Carga de succión Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema. .
Condiciones de succión. Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión. Presión de vapor. Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido. Presión de bombeo. Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo. Carga neta de succión positiva (NPSH). Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la presión de vapor del líquido. NPSH disponible. Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.
NPSH requerida. Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad. Cebado de las Bombas. Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración. Carga Hidráulica. Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.
Punto de Shut-off. Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba esta cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).
Potencia Absorbida (N). Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas. Potencia Hidráulica (Ph). Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro. Rango de Operación. Es la zona en la cual la bomba opera en forma eficiente. Esta zona se determina como:
Donde:
Eficiencia Mecánica. Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa-estopas y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:
Eficiencia Hidráulica. Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo
específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas. Eficiencia Total. Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta. CURVAS CARACTERÍSTICAS Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto, los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo. La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la bomba. Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba. Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de
la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo. ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA
ECUACIONES
POTENCIA ELÉCTRICA
POTENCIA ABSORBIDA (Potencia al eje)
POTENCIA HIDRÁULICA
ALTURA TOTAL DE BOMBEO
RENDIMIENTO TOTAL DE LA BOMBA
